基于卟啉的比率型聚合物荧光纳米探针的设计合成与应用

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次氯酸(HClO)、硫化氢(H2S)作为生物体中的重要的活性物种,当其处于正常的浓度范围内对生物体的生理活动起着非常重要的作用。但如果其浓度变化异常,则会引起许多疾病,如炎症、癌症、阿尔兹海默症、肝硬化等的发生,因此能够特异性地对细胞中亚细胞器内源性HCl O以及H2S进行监测具有重要的意义。然而大部分传统的比率型荧光探针均是基于有机小分子,故通常会存在着水溶性不好、生物相容性不佳、光稳定性不高、斯托克斯(Stokes)位移较小以及光谱串扰等问题。近年来,比率型聚合物荧光纳米探针由于其生物相容性好、制备简单、易修饰、抗背景干扰能力强等优点成为了生物传感领域的热门方向,且聚合物荧光纳米探针的这些优势可以很好的弥补传统小分子存在的不足。因此本文设计合成了两类基于卟啉的响应型聚合物荧光纳米探针,实现了对HCl O、H2S的特异性比率荧光检测:本论文的主要内容和结果如下:1、合理地设计出一种能够准确用于活细胞中成像检测的零光谱串扰比率聚合物荧光纳米探针仍然是一个重要的挑战,基于此,我们设计合成了一种可在单波长激发下呈现出自参比比率效果的零串扰聚合物荧光纳米探针(ZC-FPN),并成功用于溶酶体中外源性和内源性HCl O比率荧光成像分析。聚合物荧光纳米探针ZC-FPN是由两种分别含卟啉荧光团(HCl O响应基团)和萘酰亚胺荧光团(参比基团)的两亲性嵌段共聚物通过共沉淀方法制备而成。值得注意的是,ZC-FPN实现了两个发射峰间距达到了191 nm,避免了发射-移位型比率探针常见的光谱串扰问题,这对实现高分辨生物成像具有很大的帮助作用。此外,ZC-FPN还具有良好的水分散性、高选择性、良好的长期荧光稳定性(>10周)和较低的细胞毒性。更重要的是,氨基的正电荷增强了癌细胞对纳米探针的有效摄取,并使纳米探针能够选择性地在溶酶体中累积,成功实现了活细胞溶酶体中外/内源性HCl O的比率荧光成像。2、我们设计合成了一种比率型聚合物荧光纳米探针(LSS-FPN),该探针由可特异性识别H2S的基于卟啉的化合物TPP-(DC)2作为响应基团,以通过可逆加成-断裂转移聚合(RAFT)和点击化学的方法制得的两亲性嵌段共聚物gal-b-(PEGMA30-co-AEMH12)-b-PS72作为载体,通过利用共沉淀技术将载体gal-b-(PEGMA30-co-AEMH12)-b-PS72、H2S响应基团TPP-(DC)2和参比共轭聚合物染料9,9-二辛基聚芴-苯并噻二唑交替共聚物(PFBT)制备成稳定的纳米胶束LSS-FPN。在H2S的存在下,2,4-二苯磺基离去,卟啉荧光恢复即659 nm处卟啉的荧光逐渐增强,PFBT在533 nm处的荧光保持稳定,该探针有着零串扰的两个发射峰(126 nm),较大的Stokes位移(93 nm),以及优良的稳定性和水分散性。总之,本论文以卟啉为基础,设计合成了两种响应型聚合物荧光纳米探针,来克服目前基于小分子的荧光探针的一些不足,并进一步拓展了其应用。
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